Порох — метательное взрывчатое вещество, состоящее из нескольких компонентов, способное гореть без доступа кислорода извне, выделяющее большое количество тепловой энергии и газообразных веществ, используется для метания снарядов, движения ракет и других целей.

Изобретение пороха

По современному общепринятому мнению порох был изобретен в Средние века в Китае, в результате опытов китайских алхимиков, которые искали эликсир бессмертия и случайно наткнулись на порох.

Изобретение пороха привело к появлению в Китае фейерверков и использованию пороха в военных целях, в виде огнеметов, ракет, бомб, примитивных гранат и мин.

В течение долгого времени китайцы применяли порох для изготовления зажигательных снарядов, которые они называли «хо пао», что в переводе с китайского, означает «огненный шар». Специальная метательная машина бросала этот подожженный снаряд, который разрывался в воздухе, разбрасывая вокруг себя горящие частички, поджигая все вокруг.

Чуть позже из Китая секрет изготовления пороха попал через Индию, к арабам, которые усовершенствовали технологию его изготовления и уже мамлюки Египта стали использовать порох в своих пушках на постоянной основе.

Появление пороха в Европе

Первое появление пороха в Европе связывают с именем византийца Марка Грека, который в своем манускрипте описал состав пороха, произошло это примерно в 1220 году. Английский ученый Роджер Бэкон в 1242 году первым упомянет порох в Европе в своем научном трактате.

Вторичное изобретение пороха в Европе связано с именем монаха алхимика Бертольда Шварца, который проводя свои опыты, случайно получил смесь из селитры, угля и серы, стал толочь ее в своей ступке, смесь воспламенилась от случацно попавшей на нее искры. Именно Бертольду Шварцу приписывают идею о создании первого артиллерийского оружия. Хотя возможно это всего лишь легенда.

В 1346 году в битве при Креси англичане применили против французов литые бронзовые пушки, стреляющие залпами. В пушку помещался заряд пороха, запал выводился наружу, в пушку помещалось ядро, которое представляло собой обычный камень, либо могло быть сделано из свинца или железа. Запал поджигался, порох внутри пушки воспламенялся, пороховые газы выбрасывали ядро наружу. Появление и боевое применение пороха в Европе кардинально изменило характер ведения боевых действий.

В 1884 году был изобретен первый бездымный порох, это был пироксилиновый порох, впервые он был получен французским ученым П. Вьелем. Через четыре года, в 1888 году в Швеции Альфред Нобель изобрел баллиститный порох, кордитный порох был впервые получен в Великобритании Фредериком Абелем и Джеймсом Дьюаром в 1889 году.

Русские ученые тоже внесли свой вклад в разработку новых порохов, знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев в 1887-1891 годах создал пироколлодийный порох.

Разработка порохов ведется и в настоящее время, создаются новые рецептуры приготовления порохов, ведутся работу по улучшению их основных характеристик.

Пороха в России

В России порох впервые появился в 1389 году. В XV веке в России появились первые пороховые заводы.

Большое развитие пороховое дело произошло во времена правления Петра I, который уделял большое внимание развитию военного дела и развитию промышленности, при нем были построены три крупных пороховых завода в Петербурге, Сестрорецке и на Охте.

Свои эксперименты по изучению и созданию новых порохов проводили русские ученые Михаил Юрьевич Ломоносов и Дмитрий Иванович Менделеев.

Виды пороха

Все пороха разделяются на две большие группы:

• смесевые пороха, к ним относятся дымный , или черный порох , алюминиевый порох
• нитроцеллюлозные (бездымные пороха ), к ним относятся пироксилиновый порох , баллиститный порох , кордитный порох

Дымный порох

Вся история пороха началась именно с создания дымного пороха, все остальные пороха были созданы значительно позже.

Дымный (черный) порох представляет собой смесь из измельченных частиц угля, серы и селитры, смешанных в определенных пропорциях. Каждый из компонентов дымного пороха выполняет свою функцию. При нагревании до температуры в 250 градусов, первой загорается сера, которая поджигает селитру. При температуре около 300 градусов селитра начинает выделять кислород, благодаря которому и идет процесс горения. Уголь в порохе представляет собой топливо, в результате сгорания которого, образуется большое количество газов, которые создают громадное давление, необходимое для выстрела.

Дымный порох имеет зернистую структуру, причем размер зерна оказывает большое влияние на свойства пороха, скорость его горения и создаваемое им давление.

При производстве дымного пороха он проходит пять стадий:

• Помол компонентов (селитры, угля и серы) в пудру
• Смешение
• Прессование в диски
• Дробление в гранулы
• Полировка

Качества дымного пороха и эффективность его горения зависит от:

• тонкость измельчения компонентов
• полноты смешения
• форма и размер зерен

В зависимости от размера зерна дымного пороха, он бывает:

• крупный (0.8 – 1.25 мм);
• средний (0.6 – 0.75 мм);
• мелкий (0.4 – 0.6 мм);
• очень мелкий (0.25 – 0.4 мм).

Дымный порох используется не только для охоты, но и для других целей:

• шнуровой (для огнепроводных шнуров)
• ружейный (используется как воспламенитель для зарядов бездымного пороха)
• крупнозернистый дымный порох (для воспламенителей)
• медленногорящий дымный порох (для усилителей и замедлителей в трубках и взрывателях)
• минный (для проведения взрывных работ)
• охотничий
• спортивный

В результате долгих экспериментов был выработан оптимальный состав дымного пороха для охоты:

• 76% калиевой селитры
• 15% угля
• 9% серы

Охотнику важно правильно определять качество и состояние дымного пороха, который он использует для снаряжения патронов.

• Цвет дымного пороха должен быть черным или слегка коричневым, без посторонних оттенков
• Зерна дымного пороха не должны иметь белесого оттенка
• При раздавливании зерна дымного пороха между пальцами, оно не должно рассыпаться, а расскалываться на отдельные частички
• При пересыпании дымный порох не должен образовывать комочков или оставлять пыль

Если дымный порох не соответствует этим признакам, его использование при снаряжении патронов может быть опасным для самого охотника, такой порох может вызвать разрыв ствола ружья.

Достоинства дымного пороха

Недостатки дымного пороха

• Дымный порох очень гигроскопичен, при содержании влаги более 2% очень плохо воспламеняется. Поэтому крайне важно хранить его в правильных условиях.
• Высокая коррозия стволов, при сгорании дымного пороха образуются серная и сернистая кислоты, которые и вызывают сильную коррозию стволов.
• Густой дым при выстреле, из-за которого часто сложно произвести второй выстрел.
• Дымный порох нельзя использовать в полуавтоматическом оружии.
• Опасен в обращении. Дымный порох имеет низкую температуру воспламенения, легко воспламеняется, может быть опасен, особенно при горении большой массы, так как происходит мощный взрыв.
• По мощности уступает бездымному пороху примерно в три раза, дает невысокую скорость полета дроби, при достаточно сильной отдаче и громком выстреле.

Алюминиевый порох

Алюминиевый порох не применяется для охоты или стрельбы, используется в пиротехнике. Состоит из трех компонентов: селитры, алюминия и серы. Алюминиевый порох обладает большой температурой и скоростью горения, при этом выделяет большое количество света. Применяется в разрывных составах и составах производящих вспышку. Алюминиевый порох практически не боится влаги, не образует комков.

Бездымный порох

Бездымный порох был изобретен значительно позже дымного пороха. В настоящее время он практически полностью вытеснил дымный порох из применения в охоте.

Бездымные пороха сильно отличаются от дымного по составу, свойствам и основным характеристикам имеет свои собственные достоинства и недостатки.

По своему составу бездымные пороха бывают:

• одноосновные (основной компонент нитроцеллюлоза)
• двуосновные (основные компоненты: нитроцеллюлоза и нитроглицерин)
• трехосновные (основные компоненты: нитроцеллюлоза, нитроглицерин и нитрогуанидин)

Кроме основных компонентов, в состав бездымных порохов входят стабилизаторы, баллистические модификаторы, мягчители, вяжущие вещества, размеднители, пламягасители, добавки уменьшающие износ ствола, катализаторы горения, графит. Именно эти добавки создают нужное качество пороха.

Нитроцеллюлоза со временем разлагается, особенно это проявляется при хранении большого количества пороха или хранения пороха при температуре больше 25 градусов, при разложении образуется теплота, которая может привести к самовозгоранию пороха. Особенно разложению подвержены одноосновные нитроцеллюлозные пороха. Для предотвращения этого явление, в порох добавляют стабилизаторы, основным из которых является дифениламин. Стабилизаторы добавляются в небольших количествах, порядка 0,5-2 % от общей массы пороха, большие же количества могут ухудшить баллистические показатели пороха.

Пламягасящие вещества добавляют для того, чтобы уменьшить вспышку от выстрела, которая демаскирует стрелка и ослепляет его при выстреле.

Катализаторы добавляют для усиления скорости горения пороха.

Графит добавляют в состав бездымного пороха для того, чтобы гранулы пороха не слипались между собой и предотвратить самовозгорание пороха от разрядов статического электричества.

Одно- и двухосновные бездымные пороха в наше время составляют основную часть порохов, используемых для охоты. Они настолько распространены, что когда говорят «порох» имеют в виду именно бездымный порох.

Свойства бездымного пороха сильно зависят от размера и формы его гранул. Поверхность гранул влияет на изменение их формы и скорость сгорания пороха. Изменяя форму гранул можно изменить давление и скорость сгорания пороха.

Быстрогорящие пороха дают большее давление, соответственно дают большую скорость пули или дроби, но при этом дают более высокую температуру, которая увеличивает износ ствола ружья.

Цвет бездымного пороха может быть от желтого до черного, всех возможных оттенков.

Достоинства бездымного пороха

• Обладает низкой гигроскопичностью, не впитывает влагу из воздуха и не изменяет своих свойств, если бездымный порох отсырел, его можно просушить, после сушки он полностью восстановит свои свойства
• Обладает большая мощностью, чем дымный порох
• Дает меньше продуктов сгорания, меньше засоряет ствол, можно использовать в полуавтоматическом оружии.
• Дает меньше дыма и более тихий звук выстрела

Недостатки бездымного пороха

• Из-за более высокой температуры сгорания, дает более сильный износ ствола ружья
• Требует правильных условий хранения, при несоблюдении этих условий изменяет свои свойства
• Более короткий срок хранения, чем у дымного пороха
• Менее устойчив к колебаниям температуры, чем дымный порох

Как выбрать порох

При сравнении между собой дымного и бездымного порохов, выбор падает на бездымный порох. Бездымный порох по всем своим качествам и характеристикам значительно превосходит порох дымный.

58 > .. >> Следующая
Основой нитроцеллюлозных порохов является нитроцеллюлоза, пластифицированная тем или другим растворителем (пластификатором). В зависимости от летучести растворителя нитро-целлюлозные пороха делят иа следующие виды.
1. Нитроцеллюлозные пороха, приготовляемые с применением летучего растворителя, который в процессе производства почти целиком удаляется из пороха. За этими порохами сохранили
название пироксилиновых; они готовятся иа нитроцеллюлозе с содержанием азота, как правило, более 12%, называемой пироксилином.
2. Нитроцеллюлозные пороха, изготовляемые на труднолетучем или нелетучем растворителе (пластификаторе), полностью остающемся в порохе; другой характерной особенностью этих порохов является то, что они изготовляются на основе нитроклетчатки с содержанием, как правило, меньше 12% азота, называемой коллоксилином. Эти пороха называют баллиститами.
До второй мировой-войны применяли в качестве пластификатора нитроглицерин. Со времени второй мировой войны в качестве пластификатора применяют также иитродигликоль. Названия баллиститов установили по техническому названию нитрата-пластификатора: нитроглицериновые, нитродигликолевые. Нитродигликолевые баллиститы сходны по составу и многим своим свойствам с нитроглицериновыми баллиститами.
3. Нитроцеллюлозные пороха, изготовляемые иа смешанном растворителе (пластификаторе), называемые кордитами.
Кордиты готовят либо иа основе пироксилина с высоким содержанием азота, либо с большим содержанием коллоксилина. В обоих случаях входящий в состав кордита нитроглицерин или иитродигликоль не обеспечивает полной пластификации нитроцеллюлозы. Для полноты пластификации применяют дополнительный летучий растворитель (пластификатор), удаляемый, но не полностью, из пороха в последних стадиях производства..В качестве летучего растворителя применяют для высокоазотного пироксилина ацетон, для коллоксилина - спиртоэфирную смесь.
§ 3. КОМПОНЕНТЫ НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ПОРОХОВ
Нитроцеллюлозные пороха получили наименование от основного своего компонента - нитроцеллюлозы. Именно нитроцеллюлозой, соответствующим образом пластифицированной и уплотненной, обусловлены основные свойства, характерные для нитроцеллюлозных порохов.
Для превращения нитроцеллюлозы в порох необходим прежде всего растворитель (пластификатор).
Для сообщения пороху ряда специальных свойств применяют добавки: стабилизаторы, флегматизаторы и другие.
1. Нитроцеллюлоза. Для производства нитроцеллюлозы применяют целлюлозу, которая содержится в хлопке, древесине, льне, пеньке, соломе и т. п. в количестве от 92-93% (хлопок) до 50-60% (древесина). Для изготовления высококачественной нитроцеллюлозы применяют чистую целлюлозу, получаемую из указанного растительного сырья специальной химической обработкой.
М8
Молекула целлюлозы состоит из большого числа одинаково построенных и "связанных между собой глюкозвых остатков CeHjoOs:
Поэтому общая формула целлюлозы имеет вид (СоНю06)п, где п - число глюкозных остатков. Целлюлоза состоит ие из одинаковых молекул определенной длины, а из смеси молекул с разным числом гдюкозиых остатков, которое, по данным разных исследователей, колеблется от нескольких сот до нескольких тысяч.
В каждом глюкозном остатке имеется по три гидроксильных группы ОН. Именно эти гидроксильные группы реагируют с азотной кислотой по схеме
. „ + + re(mH20),
гдет=1; 2 или 3.
В результате реакции, называемой этерификацией, группы ОН замещаются группами ON02, называемыми нитратными. В зависимости от условий нитратными группами могут замещаться ие все гидроксильные группы, а только часть из них. По этой причине получается не одна, а несколько нитроцеллюлоз разной степени этерификации.
Нитрование- целлюлозы ведут ие чистой азотной кислотой, а ее смесью с серной кислотой. Взаимодействие целлюлозы с азотной кислотой сопровождается выделением воды. Вода разбавляет азотную кислоту, что ослабляет ее нитрующее действие. Серная же кислота связывает выделившуюся воду, которая уже не может препятствовать этерификации.
Чем крепче кислотная смесь, т. е. чем меньше в ней воды, тем больше степень этерификации целлюлозы. Соответствующим выбором состава кислотной смеси можно получить нитроцеллюлозу с заданной степенью этерификации.
Виды нитратов целлюлозы. Строение целлюлозы нельзя выразить какой-либо определенной формулой вследствие того, что она неоднородна по величине молекул. Еще в большей мере это относится к нитратам целлюлозы, которые к тому же состоят из молекул, неоднородных по степени этерификации.
149
Поэтому нитроцеллюлозу характеризуют по содержанию в ней азота, определяемому химическим анализом, или по степени этерификации (число нитратных групп, приходящихся в среднем на один глюкозиый остаток).
Практически различают следующие виды нитроцеллюлозы, применяемой в производстве порохов.
а) Коллоксилин. Содержание азота 11,5-12,0%. Полностью растворим в смесях спирта с эфиром.
б) Пироксилин № 2. Содержание азота 12,05-12,4%. Растворяется в смеси спирта и эфира не менее 90%.

План:

Введение

• 1 История пороха
• 2 Виды порохов
  • 2.1 Смесевые пороха
    • 2.1.1 Дымный порох
  • 2.2 Нитроцеллюлозные пороха
    • 2.2.1 Пироксилиновые
    • 2.2.2 Баллиститные
    • 2.2.3 Кордитные
    • 2.2.4 Твёрдое ракетное топливо
• 3 Горение пороха и его регулирование
• 4 Характеристики пороха
Литература

Введение

Нитроцеллюлозный бездымный порох N110

Патрон с бездымным порохом

По́рох - многокомпонентное твёрдое вещество, способное к закономерному горению параллельными слоями без доступа кислорода извне с выделением большого количества тепловой энергии и газообразных продуктов, используемых для метания снарядов, движения ракет и в других целях. Порох относят к классу метательных взрывчатых веществ.

1. История пороха

Первым представителем взрывчатых веществ был дымный порох - механическая смесь калиевой селитры, угля и серы, обычно в соотношении 15:3:2. Существует устойчивое мнение, что подобные составы появились ещё в древности и применялись главным образом в качестве зажигательных и разрушительных средств. Однако материальных или надёжных документальных подтверждений этого не найдено. В природе месторождения селитры встречаются редко, а калиевая селитра, необходимая для изготовления достаточно стабильных составов, не встречается вообще.

В Китае рецепт пороха появился в 1044 году, но возможно порох существовал и ранее; некоторые считают что изобретателем пороха или предвестником изобретения был Вэй Боян во II веке. О предполагаемом изобретении пороха средневековыми китайцами см. четыре великих изобретения.

Изготовление калиевой селитры требует разработанных технологических приёмов, которые появились лишь с развитием химии в XV-XVI веках. Изготовление углеродных материалов с высокоразвитой удельной поверхностью типа древесных углей также требует развитой технологии, появившейся лишь с развитием металлургии железа. Наиболее вероятным является использование различных природных селитросодержащих смесей с органикой, обладающих свойствами, присущими пиротехническим составам. Одним из изобретателей пороха принято считать монаха Бертольда Шварца.

Метательное свойство дымного пороха было открыто значительно позже и послужило толчком к развитию огнестрельного оружия. В Европе (в том числе и на Руси) известен с XIII века; до середины XIX века оставался единственным взрывчатым веществом бризантного действия и до конца XIX века - метательным средством.

С изобретением нитроцеллюлозных порохов, а затем и индивидуальных мощных взрывчатых веществ, дымный порох в значительной мере утратил своё значение.

Впервые пироксилиновый порох был получен во Франции П. Вьелем в 1884, баллиститный порох - в Швеции Альфредом Нобелем в 1888, кордитный порох - в Великобритании в конце XIX века. Примерно в то же время (1887-91) в России Дмитрий Менделеев разработал пироколлодийный порох, а группа инженеров Охтинского порохового завода - пироксилиновый порох.

В 30-х годах XX века в СССР впервые были созданы заряды из баллиститного пороха для реактивных снарядов, успешно применявшихся войсками в период Великой Отечественной войны (реактивные системы залпового огня). Смесевые пороха для ракетных двигателей были разработаны в конце 1940-х годов.

Дальнейшее совершенствование порохов ведётся в направлении создания новых рецептур, порохов специального назначения и улучшения их основных характеристик.

2. Виды порохов

Различают два вида пороха: смесевые (в том числе дымный) и нитроцеллюлозные (бездымные). Пороха, применяемые в ракетных двигателях, называются твёрдыми ракетными топливами. Основу нитроцеллюлозных порохов составляют нитроцеллюлоза и пластификатор. Помимо основных компонентов эти пороха содержат различные добавки.

Порох является взрывчатым веществом метательного действия. При соответствующем условии инициирования пороха способны к детонации аналогично бризантным взрывчатым веществам, благодаря чему дымный порох долгое время применяли в качестве бризантного взрывчатого вещества. При длительном хранении больше установленного для данного пороха срока или при храненении в ненадлежащих условиях происходит химическое разложение компонентов пороха и изменение его эксплуатационных характеристик (режима горения, механических характеристик ракетных шашек и др.). Эксплуатация и даже хранение таких порохов крайне опасно и может привести к взрыву.

2.1. Смесевые пороха

2.1.1. Дымный порох

Пороховой ящик и совок для пороха XVIII-XIX вв.

Современные дымные пороха изготовляются в виде зёрен неправильной формы. Основой для получения пороха являются смеси серы, калийной селитры и угля. Во многих странах существуют свои пропорции смешения этих компонентов, однако они не сильно различаются, в России принят следующий состав: 75 % KNO 3 (калиевая селитра) 15 % C (древесный уголь) и 10 % S (сера). Роль окислителя в них выполняет калийная селитра (нитрат калия), основного горючего - уголь. Сера является цементирующим веществом, понижающим гигроскопичность пороха и облегчающим его воспламенение. Эффективность горения дымного пороха во многом связана с тонкостью измельчения компонентов, полнотой смешения и формой зёрен в готовом виде.

Сорта дымных порохов (% состав KNO 3 , S, C.):

• шнуровой (для огнепроводных шнуров)(77 %, 12 %, 11 %);
• ружейный (для воспламенителей к зарядам из нитроцеллюлозных порохов и смесевых твёрдых топлив, а также для вышибных зарядов в зажигательных и осветительных снарядах);
• крупнозернистый (для воспламенителей);
• медленногорящий (для усилителей и замедлителей в трубках и взрывателях);
• минный (для взрывных работ) (75 %, 10 %, 15 %);
• охотничий (76 %, 9 %, 15 %);
• спортивный.

Дымный порох легко воспламеняется под действием пламени и искры (температура вспышки 300 °C), поэтому в обращении опасен. Хранится в герметической укупорке отдельно от других видов пороха. Гигроскопичен, при содержании влаги более 2 % плохо воспламеняется. Процесс производства дымных порохов предусматривает смешение тонкоизмельчённых компонентов и обработку полученной пороховой мякоти до получения зёрен заданных размеров. Коррозия стволов при использовании дымного пороха намного сильнее, чем от нитроцеллюлозных порохов, поскольку побочным продуктом сгорания является серная и сернистая кислоты. В настоящее время дымный порох используется в фейерверках. Примерно до конца XIX века применялся в огнестрельном оружии и взрывных боеприпасах.

2.2. Нитроцеллюлозные пороха

По составу и типу пластификатора (растворителя) нитроцеллюлозные пороха делятся на: пироксилиновые, баллиститные и кордитные.

2.2.1. Пироксилиновые

В состав пироксилиновых порохов обычно входит 91-96 % пироксилина, 1,2-5 % летучих веществ (спирт, эфир и вода), 1,0-1.5 % стабилизатора (дифениламин, центролит) для увеличения стойкости при хранении, 2-6 % флегматизатора для замедления горения наружных слоев пороховых зёрен и 0,2-0,3 % графита в качестве добавок. Такие пороха изготовляются в виде пластинок, лент, колец, трубок и зёрен с одним или несколькими каналами; применяются в стрелковом оружии и в артиллерии. Основными недостатками пироксилиновых порохов являются: невысокая энергия газообразных продуктов сгорания (относительно, например, баллиститных порохов), технологическая сложность получения зарядов большого диаметра для ракетных двигателей. Основное время технологического цикла затрачивается на удаление из порохового полуфабриката летучих растворителей. В зависимости назначения помимо обычных пироксилиновых имеются специальные пороха: пламегасящие, малогигроскопичные, малоградиентные (с малой зависимостью скорости горения от температуры заряда); малоэрозионные (с пониженным разгарно-эрозионным воздействием на канал ствола); флегматизированные (с пониженной скоростью горения поверхностных слоев); пористые и другие. Процесс производства пироксилиновых порохов предусматривает растворение (пластификацию) пироксилина, прессование полученной пороховой массы и резку для придания пороховым элементам определённой формы и размеров, удаление растворителя и состоит из ряда последовательных операций.

2.2.2. Баллиститные

Основу баллиститных порохов составляют нитроцеллюлоза и неудаляемый пластификатор, поэтому их иногда называют двухосновными. В зависимости от применяемого пластификатора они называются нитроглицериновыми, дигликолевыми и т. д. Обычный состав баллиститных порохов: 40-60 % коллоксилина (нитроцеллюлоза с содержанием азота менее 12,2 %) и 30-55 % нитроглицерина (нитроглицериновые пороха) или диэтиленгликольдинитрата (дигликолевые пороха) либо их смеси. Кроме того, в состав этих порохов входят ароматические нитросоединения (например динитротолуол) для регулирования температуры горения, стабилизаторы (дифениламин, централит), а также вазелиновое масло, камфора и другие добавки. Также в баллиститные пороха могут вводить мелкодисперсный металл (сплав алюминия с магнием) для повышения температуры и энергии продуктов сгорания, такие пороха называют металлизированными. Порох изготовляются в виде трубок, шашек, пластин, колец и лент. По применению баллиститные пороха делят на ракетные (для зарядов к ракетным двигателям и газогенераторам), артиллерийские (для метательных зарядов к артиллерийским орудиям) и миномётные (для метательных зарядов к миномётам). По сравнению с пироксилиновыми баллиститные пороха отличаются меньшей гигроскопичностью, большей быстротой изготовления, возможностью получения крупных зарядов (до 0,8 метра в диаметре), высокой механической прочностью и гибкостью за счёт использования пластификатора. Недостатком баллиститных порохов по сравнению с пироксилиновыми является большая опасность в производстве, обусловленная наличием в их составе мощного взрывчатого вещества - нитроглицерина, очень чувствительного к внешним воздействиям, а также невозможность получить заряды диаметром больше 0,8 м в отличие от смесевых порохов на основе синтетических полимеров. Технологический процесс производства баллиститных порохов предусматривает смешение компонентов в тёплой воде в целях их равномерного распределения, отжимку воды и многократное вальцевание на горячих вальцах. При этом удаляется вода и происходит пластификация нитрата целлюлозы, который приобретает вид роговидного полотна. Далее порох выпрессовывают через матрицы или прокатывают в тонкие листы и режут.

2.2.3. Кордитные

Кордитные пороха содержат высокоазотный пироксилин, удаляемый (спирто-эфирная смесь, ацетон) и неудаляемый (нитроглицерин) пластификатор. Это приближает технологию производства данных порохов к производству пироксилиновых порохов. Преимущество кордитов - большая мощность, однако они вызывают повышенный разгар стволов из-за более высокой температуры продуктов сгорания.

2.2.4. Твёрдое ракетное топливо

Смесевые пороха на основе синтетических полимеров (твёрдые ракетные топлива) содержат примерно 50-60 % окислителя, как правило перхлората аммония, 10-20 % пластифицированного полимерного связующего, 10-20 % мелкодисперсного порошка алюминия и различные добавки. Это направление пороходелания впервые появилось в германии в 30-40е годы XX века, после окончания войны активной разработкой таких топлив занялись в США, а в начале 50х годов и в СССР. Главными преимуществами перед баллиститными порохами, привлёкшие к ним большое внимание явились: более высокая удельная тяга ракетных двигателей на таком топливе, возможность создавать заряды любой формы и размеров,высокие деформационные и механические свойства композиций, возможность регулировать скорость горения в широких пределах. Эти достоинства позволили создавать стратегические ракеты с дальностью действия более 10 000 км, на баллиститных порохах С.П.Королёву вместе с пороходелами удалось создать ракету с предельной дальностью действия 2000 км. Но у смесевых твёрдых топлив есть значительные недостатки по сравнению с нитроцелюлозными порохами: очень высокая стоимость их изготовления, длительность цикла производства зарядов (до нескольких месяцев), сложность утилизации, выделение при горении перхлората аммония в атмосферу соляной кислоты.

3. Горение пороха и его регулирование

Горение параллельными слоями, не переходящее во взрыв, обусловливается передачей тепла от слоя к слою и достигается изготовлением достаточно монолитных пороховых элементов, лишённых трещин. Скорость горения порохов зависит от давления по степенному закону, увеличиваясь с ростом давления, поэтому не стоит ориентироваться на скорость сгорания пороха при атмосферном давлении, оценивая его характеристики. Регулирование скорости горения порохов очень сложная задача и решается использованием в составе порохов различных катализаторов горения. Горение параллельными слоями позволяет регулировать скорость газообразования. Газообразование пороха зависит от величины поверхности заряда и скорости его горения.

Величина поверхности пороховых элементов определяется их формой, геометрическими размерами и может в процессе горения увеличиваться или уменьшаться. Такое горение называется соответственно прогрессивным или дегрессивным . Для получения постоянной скорости газообразования или её изменения по определённому закону отдельные участки зарядов (например ракетных) покрывают слоем негорючих материалов (бронировкой ). Скорость горения порохов зависит от их состава, начальной температуры и давления.

4. Характеристики пороха

Основными характеристиками пороха являются: теплота горения Q - количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 килограмма пороха; объём газообразных продуктов V выделяемых при сгорании 1 килограмма пороха (определяется после приведения газов к нормальным условиям); температура газов Т, определяемая при сгорании пороха в условиях постоянного объёма и отсутствия тепловых потерь; плотность пороха ρ; сила пороха f - работа, которую мог бы совершить 1 килограмм пороховых газов, расширяясь при нагревании на Т градусов при нормальном атмосферном давлении.

Характеристики основных типов порохов

Литература

• Мао Цзо-бэнь Это изобретено в Китае / Перевод с китайского и примечания А. Клышко. - М .: Молодая гвардия, 1959. - С. 35-45. - 160 с. - 25 000 экз .
• Советская военная энциклопедия, М., 1978.

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии . Синхронизация выполнена 10.07.11 05:15:53
Категории: , Пороходелие , История технологий , Составные части патрона .
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike .

Порох является неотъемлемым элементом, который используется для снаряжения патронов. Без изобретения этого вещества человечество никогда не узнало бы об огнестрельном оружии.

Но мало кто знаком с историей появления пороха. А его, оказывается, изобрели совершенно случайно. Да и потом долгое время применяли лишь для запуска фейерверков.

Появление пороха

Это вещество было изобретено в Китае. Точную дату появления дымного пороха, который еще называется и черным, не знает никто. Однако случилось это приблизительно в 8 в. до нашей эры. В те времена императоров Китая очень заботило собственное здоровье. Они хотели жить долго и даже мечтали о бессмертии. Для этого императоры поощряли труды китайских алхимиков, которые пытались открыть волшебный эликсир. Конечно, все мы знаем о том, что чудотворной жидкости человечество так и не получило. Однако китайцы, проявляя свое упорство, проводили множество опытов, смешивая при этом самые разные вещества. Они не теряли надежду исполнить императорский заказ. Но порой испытания заканчивались неприятными инцидентами. Один из них произошел после того, как алхимики смешали селитру, уголь и кое-какие иные компоненты. Неизвестный истории исследователь при испытании нового вещества получил пламя и дым. Изобретенную формулу записали даже в китайскую летопись.

В течение длительного периода времени черный порох использовался только для фейерверков. Однако китайцы пошли дальше. Они стабилизировали формулу этого вещества и научились применять его для взрывов.

В 11 в. было изобретено первое в истории пороховое оружие. Это были боевые ракеты, в которых порох вначале загорался, а затем происходил его взрыв. Использовали это пороховое оружие при осадах крепостных стен. Однако в те времена оно оказывало на противника больше психологическое, чем поражающее воздействие. Самым мощным оружием, которое придумали древние китайские исследователи, были глиняные ручные бомбы. Они взрывались и осыпали все вокруг осколками черепков.

Покорение Европы

Из Китая черный порох начал распространяться по всему миру. В Европе он появился в 11 в. Его привезли сюда арабские купцы, которые продавали ракеты для фейерверков. Применять это вещество в боевых целях стали монголы. Они использовали дымный порох при взятии ранее неприступных замков рыцарей. Монголами была использована довольно простая, но в то же время эффективная технология. Они делали под стенами подкоп и закладывали туда пороховую мину. Взрываясь, это боевое оружие с легкостью пробивало брешь даже в самых толстых заграждениях.

В 1118 г. в Европе появились первые пушки. Они были применены арабами при захвате Испании. В 1308 г. пороховые пушки сыграли решающую роль при взятии Гибралтарской крепости. Тогда они были использованы испанцами, которые переняли это оружие у арабов. После этого изготовление пороховых пушек началось по всей Европе. Не стала исключением и Россия.

Получение пироксилина

Черным порохом вплоть до конца 19 в. заряжали мортиры и пищали, кремневые ружья и мушкеты, а также другое боевое оружие. Но при этом ученые не прекращали свои исследования по совершенствованию этого вещества. Примером тому могут служить опыты Ломоносова, который установил рациональное соотношение всех составляющих пороховой смеси. История помнит и о неудачной попытке замены дефицитной селитры на бертолетовую соль, которая была предпринята Клодом Луи Бертоле. Результатом этой замены послужили многочисленные взрывы. Бертолетовая соль, или хлорат натрия, оказалась очень активным окислителем.

Новая веха в истории пороходелия началась с 1832 г. Именно тогда французский химик А. Браконо впервые получил нитроклетчатку, или прироксилин. Это вещество является эфиром азотной кислоты и целлюлозы. В молекуле последней находится большое количество гидроксильных групп, которые и вступают в реакцию с азотной кислотой.

Свойства пироксилина были исследованы многими учеными. Так, в 1848 г. русскими инженерами А.А. Фадеевым и Г.И. Гессом было установлено, что это вещество по своей мощности в несколько раз превосходит изобретенный китайцами черный порох. Были даже попытки использования пироксилина для стрельбы. Однако они закончились неудачей, так как пористая и рыхлая целлюлоза имела неоднородный состав и горела с непостоянной скоростью. Попытки спрессовать пироксилин также закончились неудачей. Во время этого процесса вещество часто возгоралось.

Получение пироксилинового пороха

Кто изобрел бездымный порох? В 1884 г. французским химиком Ж. Вьелем на основе пироксилина было создано монолитное вещество. Это и есть первый в истории человечества бездымный порох. Для его получения исследователь использовал способность пироксилина увеличиваться в объеме, находясь в смеси спирта и эфира. При этом получалась мягкая масса, которую после прессовали, делали из нее пластины или ленты, а далее подвергали сушке. Основная часть растворителя при этом улетучивалась. Незначительный его объем сохранялся в пироксилине. Он продолжал функционировать как пластификатор.

Такая масса и является основой бездымного пороха. Ее объем в этом взрывчатом веществе составляет порядка 80-95 %. В отличие от ранее полученной целлюлозы пироксилиновый порох показал свою способность сгорать с постоянной скоростью строго по слоям. Именно поэтому его и до настоящего времени используют для стрелкового оружия.

Преимущества нового вещества

Белый порох Вьеля стал настоящим революционным открытием в области огнестрельного стрелкового оружия. И причин, объясняющих этот факт, было несколько:

1. Порох практически не давал дыма, тогда как используемое ранее взрывчатое вещество уже после нескольких произведенных выстрелов значительно сужало поле зрения бойца. От появляющихся клубов дыма при применении черного пороха могли избавить только сильные порывы ветра. Кроме того, революционное изобретение позволяло не выдавать позицию бойца.

2. Порох Вьеля позволял пуле вылететь с большей скоростью. Из-за этого ее траектория была более прямой, что значительно повышало точность стрельбы и ее дальность, которая составила порядка 1000 м.

3. В связи с большими характеристиками мощности, бездымный порох использовался в меньших количествах. Боеприпасы стали значительно легче, что позволило увеличить их количество при перемещении армии.

4. Снаряжение патронов пироксилином позволяло срабатывать им даже в мокром состоянии. Боеприпасы, в основе которых находился черный порох, обязательно должны были предохраняться от влаги.

Порох Вьеля прошел успешные испытания в винтовке Лебеля, которую тут же взяла на вооружение французская армия. Поспешили применить изобретение и другие европейские страны. Первыми из них были Германия и Австрия. Новое вооружение в этих государствах было введено в 1888 г.

Нитроглицериновый порох

Вскоре исследователями было получено новое вещество для боевого оружия. Им стал нитроглицериновый бездымный порох. Другое его название - баллистит. Основой такого бездымного пороха также являлась нитроцеллюлоза. Однако ее количество во взрывчатом веществе было снижено до 56-57 процентов. В качестве пластификатора в данном случае служил жидкий тринитроглицерин. Такой порох оказался очень мощным, и стоит сказать о том, что он до сих пор находит свое применение в ракетных войсках и артиллерии.

Пироколлодийный порох

В конце 19 в. свою рецептуру бездымного взрывчатого вещества предложил Менделеев. Русский ученый нашел способ, позволяющий получить растворимую нитроклетчатку. Ее он и назвал пироколлодием. Полученное вещество выделяло максимальное количество газообразных продуктов. Пироколлодийный порох прошел успешные испытания в орудиях различного калибра, которые были проведены на морском полигоне.

Однако не только в этом состоят заслуги Ломоносова перед военным делом и изготовлением пороха. В технологию производства взрывчатого вещества им было внесено важное усовершенствование. Ученый предложил обезвоживать нитроклетчатку не сушкой, а с помощью спирта. Это сделало производство пороха более безопасным. Кроме того, было повышено качество самой нитроклетчатки, так как при помощи спирта из нее вымывались менее стойкие продукты.

Современное использование

В настоящее время порох, который основан на нитроцеллюлозе, используется в современном полуавтоматическом и автоматическом оружии. В отличие от черного пороха он практически не оставляет в стволах орудий твердых продуктов сгорания. Это и позволило осуществлять автоматическую перезарядку оружия при использовании в нем большого количества подвижных механизмов и частей.

Различные разновидности бездымного пороха являются основной частью метательных взрывчатых веществ, которые применяются в стрелковом вооружении.Они имеют столь широкое распространение, что, как правило, слово «порох» подразумевает собой именно бездымный. Вещество, изобретенное древними китайскими алхимиками, используется только в сигнальных ракетницах, подствольных гранатометах и в некоторых патронах, предназначенных для гладкоствольного оружия.

Что касается охотничьей среды, то здесь принято использовать пироксилиновую разновидность бездымного пороха. Только иногда находят свое применение нитроглицериновые виды, но особой популярностью они не пользуются.

Состав

Из каких компонентов состоит взрывчатое вещество, применяемое в охотничьем деле? Состав бездымного пороха не имеет ничего общего с дымным его видом. В основном он состоит из пироксилина. Его во взрывчатом веществе находится 91-96 процентов. Кроме того, охотничий порох содержит в себе от 1,2 до 5 % таких летучих веществ, как вода, спирт и эфир. Для увеличения стойкости во время хранения сюда включено от 1 до 1,5 процентов стабилизатора дифениламина. Замедляют горение наружных слоев пороховых зерен флегматизаторы. Их в бездымном охотничьем порохе находится от 2 до 6 процентов. Незначительную часть (0,2-0,3%) составляют пламегасящие присадки и графит.

Форма

Пироксилин, используемый для производства бездымного пороха, обрабатывается окислителем, основу которого составляет спиртоэфирная смесь. В конечном итоге получается однородное желеобразное вещество. Полученная смесь подвергается механической обработке. В результате получают зерненную структуру вещества, цвет которого варьируется от желто-бурого до чисто черного. Порой в рамках одной партии возможен различный оттенок пороха. Для придания ему однородного цвета производится обработка смеси порошкообразным графитом. Этот процесс позволяет и нивелировать слипаемость зерен.

Свойства

Бездымный порох отличает способность равномерного газообразования и горения. Это, в свою очередь, при изменении размера фракции позволяет обеспечить контроль и отрегулировать процессы горения.

Среди привлекательных свойств бездымного пороха отмечают следующее:

Низкую гигроскопичность и нерастворимость в воде;
- больший эффект и чистоту, чем у дымного аналога;
- сохранение свойств даже при повышенной влажности;
- возможность просушки;
- отсутствие дыма после выстрела, который производится с относительно негромким звуком.

Однако стоит иметь в виду, что белый порох:

Выделяет при выстреле угарный газ, который опасен для человека;
- негативно реагирует на изменения температур;
- способствует более быстрому износу оружия из-за создания высокой температуры в стволе;
- должен храниться в герметичной упаковке в связи с вероятностью его выветривания;
- обладает ограниченным сроком хранения;
- может быть пожароопасен при высокой температуре;
- не используется в оружии, в паспорте которого указывается на это.

Старейший российский порох

Этим взрывчатым веществом снаряжают охотничьи патроны с 1937 г. Порох «Сокол» обладает достаточно большой мощностью, соответствующей разработанным мировым стандартам. Следует отметить, что состав этого вещества был изменен в 1977 г. Это было сделано из-за установления более строгих правил к данному виду взрывчатых элементов.

Порох «Сокол» рекомендуют для использования начинающим охотникам, предпочитающим производить самостоятельную зарядку патронов. Ведь это вещество способно простить им ошибку с навеской. Порох «Сокол» используется многими отечественными производителями патронов, такими как «Полиэкс», «Феттер», «Азот» и другие.

Пироксилиновые пороха позволяли успешно решать задачи стрельбы из всех артиллерийских систем, вплоть до окончания первой мировой войны. Дальнейшее раз­витие отечественной артиллерии настоятельно требовало разработки и применения баллиетитных порохов.

Основными компонентами баллиститных порохов яв­ляются низкоазотные нитраты целлюлозы (коллоксили­ны), труднолетучий растворитель - пластификатор, ста­билизатор химической стойкости и различные добавки. В США в баллиститных порохах применяют пирокспли-ны с содержанием 13,15% и 13,25% азота.

В качестве труднолетучего растворителя в производ­стве баллиститных порохов наиболее широкое примене­ние получили нитроглицерин и нитродигликоль.

Нитроглицерин является продуктом обработки глице­рина смесью азотной и серной кислот и представляет собой мощное взрывчатое вещество, обладающее высо­кой чувствительностью к внешним воздействиям. Нитро­глицерин при нормальных условиях является жидко­стью и служит хорошим пластификатором низкоазотных нитратов целлюлозы. В процессе изготовления порохов нитроглицерин не удаляется из пороховой массы и яв­ляется одним из основных компонентов готового пороха, во многом определяющим его физико-химические и бал­листические свойства.

Нитродигликоль - продукт обработки диэтиленгликоля смесью азотной и серной кислот. Диэтиленгликоль по­лучается синтетическим путем из этилена. Как и нитрогли­церин, нитродигликоль - жидкость, обладающая хоро­шими пластифицирующими свойствами.

Во время второй мировой войны в Германии стали применять пороха, полученные на основе нитродиглико-ля, в состав которых вводилось до 30% нитрогуанидина, представляющего собой белое кристаллическое вещество со взрывчатыми свойствами. Такие пороха получили на­звание гуанидиновых или гудолевых.

Пороха, содержащие нитрогуанидин, применяются в США и называются трехосновными порохами в отличие от пироксилиновых порохов, называемых одноосновны­ми, и нитроглицериновых, называемых двухосновными. В качестве стабилизатора химической стойкости бал­листитных порохов наибольшее применение получили централиты - кристаллические вещества белого цвета. В готовом порохе содержится от 1 до 5% централита. Содержание влаги в баллиститных порохах обычно не более 1 %.

В зависимости от назначения порохов в их состав вводятся различные добавки. Для снижения температу­ры горения в целях уменьшения разгарного действия пороха в его состав вводят так называемые охлаждающие добавки, в качестве которых используют динитротолуол, дибутилфталат и некоторые другие вещества. Динитро­толуол и дибутилфталат являются к тому же дополни­тельными пластификаторами коллоксилина. Их содер­жание в готовом порохе может быть от 4 до 11%.

В состав порохов может вводиться так называемая технологическая добавка, облегчающая процесс изготов­ления пороховой массы. Широкое применение в качестве технологической добавки получил вазелин, содержание его в порохе до 2%.

Для исключения явлений прерывистого и нестабиль­ного горения в реактивных двигателях в состав порохов вводят каталитические и стабилизирующие добавки. Их содержание в порохе невелико: от 0,2 до 2-3%. В ка­честве катализаторов горения применяют соединения свинца, а в качестве стабилизирующих добавок исполь­зуют мел, окись магния и другие тугоплавкие вещества.

Составы некоторых отечественных и иностранных баллиститных порохов приведены в табл. 10.

Таблица 10

Наименование компонентов порохов
	орудийные пороха		минометные пороха	реактивные пороха
	нитрогли­церино­вые	нитро-диглнко-левые
Коллоксилин
Нитроглицерин
Нитродигликоль
Централит
Динитротолуол
Дибутилфталат
Вазелин
Вода,(свыше 100 % )
Графит
Окись магния
Прочие вещества

Пороха баллиститного типа применяются для стрель­бы из орудий, минометов и реактивных установок.

Орудийные пороха изготавливаются преимуществен­но в виде трубок 1 (рис. 12) различной длины и с раз­личной толщиной горящего свода.

Минометные пороха готовятся в форме пластинок, лент 2, спиралей и колец 3.

Рис. 12. Форма баллиститиых порохов:

1-трубка (трубчатый порох); г-лента (ленточный по-

рох); 3- кольцо; 4 - шашка

Реактивные пороха изготавливаются в виде толсто­сводных одноканальных шашек 4 цилиндрических и бо­лее сложных геометрических форм.

Современная технология позволяет изготавливать по­роховые шашки с толщиной горящего свода до 300 мм и более.

Процесс изготовления баллиститных порохов осу­ществляется следующим образом.

Компоненты порохов смешивают в теплой воде. При таком смешении происходит набухание коллоксилина в растворителях.

После предварительного удаления влаги массу мно­гократно пропускают через горячие вальцы. На вальцах происходит дальнейшее удаление влаги, уплотнение и пластификация пороховой массы. Из пороховой массы получают пороховые элементы необходимой формы и размеров.

Для получения трубок пороховое полотно после валь­цов скатывают в рулоны и прессуют через соответствую­щие матрицы. Трубки разрезают на пороховые элементы определенной длины. Для получения пороха пластинча­той, ленточной и кольцевой формы пороховую массу пропускают через вальцы с точно регулируемым зазо­ром. Полученное полотно разрезают на пластинки или ленты заданных размеров или вырубают из него кольца.

Технологический процесс изготовления баллиститных порохов менее продолжителен и более экономичен, чем пироксилиновых, позволяет широко использовать авто­матизацию, однако более взрывоопасен.

В зависимости от назначения, химического состава, формы и размеров пороховых элементов различают мар­ки порохов баллистиггного типа. Условные обозначения марок порохов самые разнообразные. Пороха для реак­тивных двигателей имеют обозначения, указывающие только назначение пороха и его ориентировочный состав. Указания о форме и размерах элементов в обозначе­нии реактивных порохов не содержится. Например, H, HM 2 означают реактивный порох, в котором в качест­ве пластификатора используется нитроглицерин, во вто­ром порохе содержится добавка окиси магния (2%).

Орудийные баллиститные пороха обозначают следую­щим образом: за буквами, указывающими ориентировоч­ный состав пороха, через тире проставляется цифра, обо­значающая группу калорийности пороха, а затем дробью обозначается размер трубки аналогично пироксилино­вым порохам. В отличие от пироксилиновых порохов при обозначении трубчатых баллиститных порохов буквы TP не проставляются, так как баллиститные пороха не из­готавливаются в виде зерен цилиндрической формы. На­пример, марка НДТ-3 18/1 означает, что порох нитро­глицериновый, содержащий в качестве охлаждающей до­бавки динитротолуол, относящийся по калорийности к третьей группе, имеет форму одноканалыюй трубки с толщиной горящего свода 1,8 мм. Пластинчатые пороха обозначаются буквами и цифрами: НБПл 12-10 - нит­роглицериновый баллиститный минометный пластинча­тый порох с толщиной свода 0,12 мм и шириной пластин­ки 1 мм.

Ленточные пороха обозначаются буквой Л и числом, соответствующим толщине горящего свода в сотых до­лях миллиметра, например НБЛ-33. Кольцевые пороха обозначаются буквой К, за которой следует дробное чис­ло: числитель обозначает внутренний диаметр кольца в миллиметрах, знаменатель - наружный диаметр. За дробью через тире проставляется число, обозначающее толщину горящего свода в сотых долях миллиметра, например НБК 32/64-14.

Баллиститные пороха отличаются разнообразием хи­мического состава и геометрических форм, в связи с чем они различны по своим физико-химическим и баллисти­ческим свойствам.

Баллиститные пороха по сравнению с пироксилино­выми обладают меньшей гигроскопичностью.

Положительным свойством баллиститных порохов, широко используемым в практике, является возмож­ность в значительных пределах изменять их энергетиче­ские характеристики путем изменения в довольно широ­ком диапазоне содержания труднолетучего взрывчатого растворителя и введения в их состав различных добавок. Это позволяет значительно расширить область практи­ческого применения данной группы нитроцеллюлозных порохов. Теплота сгорания баллиститных порохов в за­висимости от их состава может изменяться в пределах от 650 до 1500 ккал/кг. По теплоте сгорания баллистит-ные пороха делят на высококалорийные (1000- 1500 ккал/кг), среднекалорийные (800-1000 ккал/кг) и низкокалорийные (650-800 ккал/кг). Низкокалорийные пороха часто называют холодными или малоэрозион­ными.

У баллиститных порохов в широком диапазоне могут меняться скорость горения, сила пороха и другие ха­рактеристики.